机电控制系统实验指导书二.docx

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机电控制系统实验指导书二

实验日期_______班级_____________姓名_____________成绩____________

实验五单结晶体管触发电路及调光灯电路

一、实验目的

1、掌握单结晶体管触发电路的调试步骤和方法。

2、掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作。

3、了解续流二极管的作用。

二、实验原理

1、单结晶体管触发电路的原理：

利用单结晶体管（又称双基极二极管）的负阻特性和RC的充放电特性，可组成频率可调的自激振荡电路，如图3-1所示。

图中V6为单结晶体管，其常用的型号有BT33和BT35两种，由等效电阻V5和C1组成组成RC充电回路，由C1-V6-脉冲变压器组成电容放电回路，调节RP1即可改变C1充电回路中的等效电阻。

图3-1单结晶体管触发电路原理图

工作原理简述如下：

由同步变压器的付边输出60V的交流同步电压，经VD1半波整流，再由稳压管V1、V2进行削波，从而得到梯形波电压，其过零点与电源电压的过零点同步，梯形波通过R7及等效可变电阻V5向电容C1充电，当充电电压达到单结晶体管的峰值电压UP时，单结晶体管V6导通，电容通过脉冲变压器的原边放电，脉冲变压器付边输出脉冲。

同时由于放电时间常数很小，C1两端的电压很快下降到单结晶体管的谷点电压Uv，使V6关断，C1再次充电，周而复始，在电容C1两端呈现锯齿波形，在脉冲变压器付边输出尖脉冲。

在一个梯形波周期内，V6可能导通、关断多次，但对晶闸管的触发只有第一个输出脉冲起作用。

电容C1的充电时间常数由等效电阻等决定，调节RP1改变C1的充电的时间，控制第一个尖脉冲的出现时刻，实现脉冲的移相控制。

2、单相半波整流电路的工作原理：

具体工作原理见《电力电子技术》5.2.1单相半波相控整流电路。

三、实验仪器

1、DJK01电源控制屏：

包含“三相电源输出”，“励磁电源”等几个模块。

2、DJK02晶闸管主电路：

包含“晶闸管”，以及“电感”等几个模块。

3、DJK03-1晶闸管触发电路：

包含“单结晶体管触发电路”模块。

4、DJK06给定及实验器件：

包含“二极管”以及“开关”等几个模块。

5、D42　三相可调电阻；6、DJK09三相可调电阻；

7、双踪示波器自备8、万用表自备

四、实验内容

1、单结晶体管触发电路的调试

1）将DJK01电源控制屏的电源选择开关打到“直流调速”侧；

注意：

（1）“调速电源选择开关”的选择

开关拨到“直流调速”位置，此时，三相调压输出相电压为116V，线电压为200V（具体和网端电压的大小有关），如果没有注意，会损坏仪器。

2）用两根导线将200V交流电压接到DJK03-1的“外接220V”端，按下“启动”按钮，打开DJK03-1电源开关。

3）用双踪示波器观察单结晶体管触发电路中整流输出的梯形波电压、锯齿波电压及单结晶体管触发电路输出电压等波形，以90°为例画出波形。

测试点1

测试点2

测试点3

测试点4

测试点5

测试点6

注意

（2）：

对于在画波形图时的几点要求：

①要注明该波形在示波器读数时的V/dit，T/dit的档位以及示波器探头是否有衰减；

②通过在示波器上的读数，要标出各个波形的峰-峰值和周期的大小；

③要注意画出轴坐标的位置；

④各个波形的比例要求一致，并且要有对应关系；

⑤各个波形至少要画2～3个周期

4）调节移相电位器RP1，观察锯齿波的周期变化及输出脉冲波形的移相范围能否在30°～170°范围内移动?

简要说明：

注意（3）：

电位器RP1已装在面板上，同步信号已在内部接好，不需要在进行外部连接，所有的测试信号都在面板上引出。

注意（4）电源的接入

DJK03-1晶闸管触发电路模块的电源，由DJK01电源控制屏的电源用导线直接输入“外接220V”端，单结晶闸管触发电路模块所需60V电源以在内部接好，外部插孔只做同步电源观察用。

2、单相半波可控整流电路接电阻性负载

图3-2单相半波可控整流电路

1）触发电路调试正常后，按图3-2电路图接线。

具体接线方法如下：

①将DJK03-1挂件上的单结晶体管触发电路的输出端“G”和“K”接到DJK02挂件面板上的反桥中的任意一个晶闸管的门极和阴极；

2将相应的触发脉冲的钮子开关关闭（防止误触发）；

3RL用D42三相可调电阻，其阻值为0～1800Ω；

4R0作为示波器观测端用DJK09三相可调电阻，其阻值为0～180Ω；

5白炽灯选用DLK06上的220V、40W白炽灯；

6二极管VD1和开关S均在DJK06挂件上；

7电感Ld在DJK02面板上，本实验中选用700mH；

8直流电压表及直流电流表在DJK02挂件上；

9将电阻器调在最大阻值位置。

注意（3）DJK09可调电阻的介绍

图3-3DJK09可调电阻原理图

①X1、A1两接线端输出是900Ω电阻；

②X2、A2两接线端输出是900Ω电阻；

③A1、A3两接线端输出是0～900Ω可调电阻；

④A2、A3两接线端输出0～900Ω可调电阻；

⑤A1、A2两接线端输出是0～1800Ω可调电阻

注意（5）在实验中，触发脉冲是从外部接入DJKO2面板上晶闸管的门极和阴极，应将所用晶闸管对应的反桥触发脉冲的开关拨向“断”的位置，避免误触发。

2）按下“启动”按钮，调节电位器RP1，用示波器观察α=30°、60°、90°、120°、150°时Ud波形，测量直流输出电压Ud和电源电压U2，记录于表3-1中。

表3-1

α

30°

60°

90°

120°

150°

U2

Ud（记录值）

Ud/U2

Ud（计算值）

　　　计算公式:

　Ud=0.45U2（1+cosα）/2

3）画出α=90°时，电阻性负载的Ud波形。

五、思考题

1、单结晶体管触发电路的振荡频率与电路中电容C1的数值有什么关系?

2、单相半波可控整流电路接电感性负载时会出现什么现象?

如何解决?

3、单结晶体管触发脉冲如果误接到晶闸管的阳极和门极，会产生什么后果？

为什么？

4、为什么单结晶体管触发脉冲的移相可调范围在300～1700？

5、如果在实验中，接入DJK03-1的电源为AB相，而接入主电路的电源AC相，电路会正常工作吗？

为什么？

六、心得体会

实验日期_______班级_____________姓名_____________成绩____________

实验六（七）单闭环晶闸管直流调速系统

一、实验目的

1、了解单闭环直流调速系统的原理、组成及各主要单元部件的原理。

2、掌握晶闸管直流调速系统的一般调试过程。

3、认识闭环反馈控制系统的基本特性。

二、实验原理

㈠触发电路

1、本实验装置的触发电路采用的是KC04集成移相触发器，得到两路相位差1800度的移相脉冲。

1）KC04集成移相触发器内部原理图（略）

2）KC04集成移相触发器的工作原理

KC04输出两路相位差1800度的移相脉冲，可方便地构成全控桥式触发线路。

该电路具有输出负载能力大，移相性能好，正负半周相位值均衡性好，移相范围宽，对同步电压要求小，有脉冲列调制输入端等功能与特点。

2、六路双脉冲发生器

本实验装置采用的是KC41六路双脉冲形成器，利用三片KC04和一片KC41组成三相全控桥式触发电路。

三相全控桥式整流电路要求用双脉冲触发，即用两个间隔600的窄脉冲去触发晶闸管。

1）KC41六路双脉冲发生器内部原理图（略）

2）KC41六路双脉冲发生器的工作原理

KC41电路是脉冲逻辑电路，当把移相触发器输出的触发脉冲输入到KC41电路的“1”～“6”端时，由输入二极管完成了补脉冲，再由T1～T6进行电流放大分六路输出。

补脉冲按2→1，3→2，4→3，5→4，6→5，1→6顺序排列组合。

T7是电子开关，当控制“7”端接逻辑“0”电平时T7截止，各路有输出触发脉冲。

当控制“7”端接逻辑“1”电平（+15V）时，T7导通，各路无输出。

4、在DJK02-1三相晶闸管触发电路挂件上，观察孔a、b、c观察的是同步变压器的输出端的信号，它经RC阻容滤波电路移相300后接到KC04同步信号输出端，最终产生的触发脉冲，在VT1～VT6为单脉冲观测孔和VT1’～VT6’为双脉冲观测孔看到的波形也随之滞后300。

5、如图所示，在做实验时，应该注意

的折算。

㈡三相桥式全控整流电路

具体工作原理见《电力电子技术》5.3.2三相桥式全控整流电路。

三、实验设备

1、DJK01电源控制屏：

该控制屏包含“三相电源输出”等几个模块

2、DJK02晶闸管主电路

3、DJK02-1三相晶闸管触发电路：

包含“触发电路”,“正反桥功放”几个模块。

4、DJK04电机调速控制实验I：

该挂件包含“给定”，“电流调节器”，“速度变换”，“电流反馈与过流保护”等几个模块。

5、DJK08可调电阻、电容箱

6、DD03-2电机导轨﹑测速发电机及转速表7、DJ13-1直流发电机

8、DJ15直流并励电动机9、D42　三相可调电阻10、双踪示波器

11、DJK09单相调压与可调负载12、万用表自备13、一字螺丝刀自备

实验台挂件顺序：

DJK01、DJK02、DJK02-1、DJK04、DJK08、D42、DJK09

四、实验内容

Ⅰ三相桥式全控整流电路的调试

1、“触发电路”调试

㈠打开DJK01总电源开关，操作“电源控制屏”上的“三相电网电压指示”开关，观察输入的三相电网电压是否平衡。

㈡将DJK01“电源控制屏”上“调速电源选择开关”拨至“直流调速”侧。

注意：

（1）“调速电源选择开关”的选择

开关拨到“直流调速”位置，此时，三相调压输出相电压为116V，线电压为200V（具体和网端电压的大小有关），如果没有注意，会损坏仪器。

㈢用10芯的扁平电缆，将DJK02的“三相同步信号输出”端和DJK02-1“三相同步信号输入”端相连,打开DJK02-1电源开关，拨动“触发脉冲指示”钮子开关，使“窄”的发光管亮。

注意：

（2）“同步信号”的选择

同步信号是从电源控制屏内获得，屏内装有/Y-5接法的三相同步变压器，和主电源输出同相，其输出相电压幅度为15V左右，供DJK02-1挂件内的KC04集成电路产生移相触发脉冲；只要将DJK02挂件的12芯插头与屏相连接，则输出相位一一对应的三相同步电压信号。

注意（3）“触发脉冲”的选择

①实验台的触发电路由原KC04、KC41和KC42三相集成触发电路的基础上，又增加了4066、4069芯片，可产生三相六路互差60°的双窄脉冲或三相六路后沿固定、前沿可调的宽脉冲链，供触发晶闸管使用。

②在“触发脉冲指示”处设有钮子开关控制触发电路，开关拨到左边，绿色发光管亮，在触发脉冲观察孔处可观测到后沿固定、前沿可调的宽脉冲链；开关拨到右边，红色发光管亮，触发电路产生双窄脉冲，本实验用双窄脉冲。

㈣三相锯齿波调试

调节A、B、C三相锯齿波斜率调节电位器（在各观测孔左侧），使三相锯齿波斜率尽可能一致，以A相为例，在图1-1中画出波形。

具体调节锯齿波的方法：

1）将示波器的各控制旋钮旋到双通道波形输出，探头×1输出。

2）将左右两通道的扫描基准线调节到同一位置

3）将左右两通道的幅度调节旋钮的位置调节一致。

4）将左右两通道的微调旋钮调到校准位置。

5）调节A、B两相锯齿波斜率，使得两个波形尽可能斜率一致。

6）调节A、C两相锯齿波斜率，使得两个波形尽可能斜率一致。

此时，A相锯齿波斜率调节电位器不变，改变C相锯齿波斜率调节电位器。

㈤触发脉冲初始位置的调试

Uct及Ub都是用于控制触发电路的移相角；在一般的情况下，首先将Uct接地，调节Ub，以确定触发脉冲的初始位置；当初始触发角定下后，在以后的调节中只调节Uct的电压，这样确保移相角不会大于初始位置。

具体调试方法如下：

1）JK02-1面板上的Ulf端接地

2）用20芯的扁平电缆，将DJK02-1的“正桥触发脉冲输出”端和DJK02“正桥触发脉冲输入”端相连

3）DJK02“正桥触发脉冲”的六个开关拨至“通”

Ⅲ直流电机开环外特性的测定

1、Uct不变时的直流电机开环外特性的测定

图1-6

㈠按图1-6接线

具体接线方法如下：

①DJK02-1上移相控制电压Uct由DJK04上的“正给定”输出Ug直接接入

②直流发电机接负载电阻R由R1和R2串联而成，R1选用D42的900Ω串联900Ω阻值可调电阻；R2选用D42的900Ω并联900Ω的电阻，R可调的范围为450Ω～2250Ω

③将R1其调到最大。

④Ld用DJK02上200mH，应注意从“*”端输入。

⑤将正给定的输出调到零。

⑥电动机的转动方向应于转速表一致，如不一致，掉换励磁绕组的方向

⑦DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地

注意（10）D42可调电阻的介绍

①X1、A1两接线端输出是900Ω电阻；

②X2、A2两接线端输出是900Ω电阻；

③A1、A3两接线端输出是0～900Ω可调电阻；

④A2、A3两接线端输出0～900Ω可调电阻；

⑤A1、A2两接线端输出是0～1800Ω可调电阻

图1-7D42可调电阻原理图

㈡先闭合励磁电源开关，按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使主电路输出三相交流电源，直流发电机先轻载（即R1电阻调到最大）然后从零开始逐渐增加“正给定”电压Ug，使电动机慢慢启动并使转速n达到1200rpm。

注意：

（11）继续调节“触发脉冲初始位置”

①按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，使电动机运转

②观察输出电压Ud（此时应在60～80V左右）

③调节触发脉冲初始位置（调节DJK02-1上偏移电压电位器），使输出电压Ud＝0V

㈢，从大到小改变负载电阻R1的阻值，即可测出在Uct不变时的直流电动机开环外特性n=f（Id），测量并记录数据于下表：

n（rpm）

Id（A）

㈣将“正给定”退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

2、Ud不变时直流电机开环外特性的测定

㈠按图1-6接线不变

㈡按下DJK01“电源控制屏”启动按钮，直流发电机先轻载（即R1电阻调到最大）然后从零开始逐渐增加“正给定”电压Ug，使电动机慢慢启动并使转速n达到1200rpm。

㈢从大到小改变负载电阻R1的值，用电压表监视三相全控整流输出的直流电压Ud,保持Ud不变（通过不断的调节DJK04上“正给定”电压Ug来实现），测出在Ud不变时直流电动机的开环外特性n=f（Id）并记录于下表中：

n（rpm）

Id（A）

㈣将“正给定”退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

注意：

（12）记录数据的具体要求：

为了便于分析Uct不变时的直流电机开环外特性和Ud不变时直流电机开

环外特性的优劣，要求在测量数据时，电流Id的测试点一致。

Ⅳ移相控制电压Uct调节范围的确定

缺相现象：

当给定电压Ug由零调大时，Ud随给定电压的增大而增大，当Ug超过某一数值Ug＇时，观察Ud的波形，会出现缺相，这时Ud反而随Ug的增大而减少。

一般可确定移相控制电压的最大允许值为Uctmax=0.9Ug＇，即Ug的允许调节范围为0～Uctmax。

如果我们把输出限幅定为Uctmax，则“三相全控整流”输出范围就被限定，不会工作到极限值状态，保证六个晶闸管可靠工作。

1、按图1-5接线：

具体接线方法如下：

①将DJK04“正给定”电压Ug接入DJK02-1移相控制电压Uct的输入端

②负载电阻R由R1和R2串联而成，R1选用D42的900Ω串联900Ω阻值可调电阻；R2选用D42的900Ω并联900Ω的电阻，R可调的范围为450Ω～2250Ω

③将R1其调到最大。

④将正给定的输出调到零。

⑤DJK04与DJK02-1不共地，所以实验时须短接DJK04与DJK02-1的地

2、启动电源，将给定电压由0慢慢调大

3、用示波器观察Ud的波形

4、用电压表观察Ud的大小

5、在1-9中绘制缺相现象波形

图1-9

6、记录Ug＇于下表中：

Ug＇

Uctmax=0.9Ug＇

7、将“正给定”退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

注意：

（12）观察缺相现象的具体要求：

①用示波器观察输出电压Ud的波形，应不断的调节“幅度控制旋钮”和“水平移动旋钮”（Ud的幅值随给定的大小变化），达到更好的观察效果

②当示波器上的波形接近于正弦波时，应放慢调节给定的速度，最好是调节“给定旋钮”一下，停顿几秒钟，以便观察缺相现象

③缺相时，电压表的读数为最大值，再增加给定电压，电压表读数将减小

④由于电压变化越接近缺相点，电压变化越快，应多试几次，以便确定

⑤示波器探头要放在×10档

⑥示波器的AC/DC按钮，应放在DC位置。

Ⅴ转速单闭环直流调速系统

1、速度调节器的调整

1）速度调节器原理图如图1-10所示

图1-10速度调节器原理图

2）速度调节器的调零

1将DJK04中“速度调节器”所有输入端接地

2将DJK08中的可调电阻40KΩ接到“速度调节器”的“4”、“5”两端，用导线将“5”“6”短接，使“速度调节器”成为P（比例）调节器。

3调节面板上的调零电位器RP3，用万用表的毫伏档测量速度调节器“7”端的输出，使调节器的输出电压尽可能接近于零。

注意：

（13）DJK08中的可调电阻的使用方法

①DJK08实验箱上的可调电阻每一个是都由三个可调电阻串联而成

②可分成100K、10K、1K三个档为分别调节

③可调的范围为0～999KΩ

④选择好档位后，

其余不用的档位均调到0

3）速度调节器的正负限幅值的调整

1把“速度调节器”的“5”“6”短接线去掉

2将所有输入端接地线去掉

3将DJK08中的可调电容0.47uF接入“5”、“6”两端，使调节器成为PI（比例积分）调节器

4将DJK04的正给定输出端接到速度调节器的“3”端

5调节“正给定”为＋5V

6调整负限幅电位器RP2，使速度调节器的输出电压（“7”端）尽可能的接近于0

7调节“负给定”为－5V

8调整正限幅电位器RP1，使速度调节器的输出（“7”端）Uctmax

注意：

（14）DJK08中的可调电容器的使用方法

①可调电容的可调范围：

2组0.1uF～8.37uF，一组0.1uF～11.37uF，其耐压值为63V

②可调电容箱处装有钮子开关和琴键开关，四个钮子开关为一路，共有三路，分别控制各自的电容输出端，将开关拨至“接入”位置表示已将钮子开所标的电容值接入，拨向“断开”位置，则表示将该电容断开。

③钮子开关上部有一组琴键，每组琴键开关分别控制其下面三路电容的接入，按下琴键开关的任意键，则表示已将该键所标的电容值接入下面三路电容输出端。

2、转速反馈系数的整定

1）按图1-11接线

图1-11

具体接线方法如下：

①DJK04的“给定”电压Ug为“正给定”

②直流发电机接负载电阻R由R1和R2串联而成，R1选用D42的900Ω串联900Ω阻值可调电阻；R2选用D42的900Ω并联900Ω的电阻，R可调的范围为450Ω～2250Ω

③将R1其调到最大。

④Ld用DJK02上200mH，应注意从“*”端输入

⑤“正给定”输出调到零。

⑥“电流反馈与过流保护”模块的三相电源在实验箱内部连接

⑦测速发动机的“1”和“2”端是DD03-2导轨上的电压输出端

2）按下启动按钮，接通励磁电源

3）从零逐渐增加给定，使电机提速到n=150Orpm

4）调节“速度变换”转速反馈电位器RP1，使得该转速时反馈电压

Ufn（“3”）=+6V

5）这时的转速反馈系数α=Ufn/n=0.004V/（rpm）。

6）“正给定”退到零，再按“停止”按钮，结束步骤。

3、按图1-12接线

图1-12转速单闭环系统原理图

具体接线方法如下：

①DJK04的“给定”电压Ug为“负给定”

②转速反馈为正电压

③将“速度调节器”接成PI调节器，R7＝40KΩ，C5＝0.47uF

④直流发电机接负载电阻R由R1和R2串联而成，R1选用D42的900Ω串联900Ω阻值可调电阻；R2选用D42的900Ω并联900Ω的电阻，R可调的范围为450Ω～2250Ω

⑤将R1其调到最大。

⑥Ld用DJK02上200mH，应注意从“*”端输入

⑦“负给定”输出调到零。

⑧“电流反馈与过流保护”模块的三相电源在实验箱内部连接

⑨测速发动机的“1”和“2”端是DD03-2导轨上的电压输出端

4、按下启动按钮，接通励磁电源

5、从零开始逐渐增加“负给定”电压Ug，使电动机慢慢启动并使转速n达到1200rpm。

6、由大到小调节直流发电机负载电阻R1，测出电动机的电枢电流Id，和电机的转速n，即可测出系统静态特性曲线n=f（Id）。

n（rpm）

Id（A）

注意（15）调节系统稳态的具体操作

由于所给系统参数均为理论计算值，在实际操作过程中，每一台仪器的具体情况不一样，可适当调节速度调节器的R7、C5以及速度反馈电压Ufn，来改变系统的稳定性，只要系统转速稳定在正负1转范围内即可。

实验八变频器实验（－）

一、试验目的

通过本试验了解并掌握如何实现用变频器装置来验证变频原理。

同时掌握ATV28变频器的设置方法。

二、试验设备

15台ATV28变频器；15台轴流风机（380V，50Hz,30W）

三、试验步骤

（1）外控电位器方式测试

a。

用跨接按图1所示进行连接，将电机操作板接于端子排UVW处。

b．合上变频器电源开关ZK21，变频器面板点亮，参数如下所示进行设置：

1.TCC参数为“2C”---两线控制方式

2.AO参数为“rFr”---输出为电动机频率

3.OPL参数为“NO”---电机缺相不检测

4.SUP参数为“rFr”---显示为电动机的频率

c．按下启动/停止键S1，面板窗口变为“0.0”，旋动电位器，窗口显示变化频率，同时电机随频率变化做变速运转。

（2）外控电压方式测试

a。

用跨接线按如图2所示接线，将操作电机板接于端子UVW处。

b。

合上变频器电源开关ZK21，变频器面板点亮，参数如下所示进行设置：

1.TCC参数为“2C”---两线控制方式

2.AO参数为“rFr”---输出为电动机频率

3.OPL参数为“NO”---电机缺相不检测

4.SUP参数为“rFr”---显示为电动机的频率

c。

按下启动/停止键，调节电压源电位器旋钮，观察面板窗口，显示频率不断变化，同时电机做变速转动。

四、试验报告

1.在第一种测试中